OLED製備工藝細節全解析

　　OLED的製備工藝實際上是功能薄膜工藝和表面處理工藝的結合。製備該類器件的關鍵技術有功能層薄膜，金屬電極及透明導電薄膜和保護膜等的製備技術，有機電致發光器件的製備過程決定了器件性能優劣，不同的發光材料需要不同的器件製備工藝、下面我們就以有機小分子OLED為例，簡單描述有機電致發光器件的製備方法及工藝流程。

　　有機小分子OLED一般採用真空熱蒸鍍的方法進行製備，此類器件（以 PMOLED為例）的陽極通常是採用ITO或者ITO導電玻璃，其製備流程如下：

　　1

　　對ITO玻璃進行處理

　　ITO作為陽極其表面狀態直接影響空穴的注入和與有機薄膜層間的界面電子狀態及有機材料的成膜性。如果ITO表面不清潔，其表面自由能變小，從而導致蒸鍍在上面的空穴傳輸材料發生凝聚、成膜不均勻。

　　ITO表面的處理過程為：洗潔精清洗乙醇清洗丙酮清洗純水清洗，均用超聲波清洗機（如騰盛工業所製造的超聲波清洗設備）進行清洗，每次洗滌採用清洗5分鐘，停止5分鐘，分別重複3次的方法。然後再用紅外烘箱烘乾待用。

　　對ITO玻璃表面進行處理一定要在乾燥的真空環境中進行，處理過的ITO玻璃不能在空氣中放置太久，否則 ITO表面就會失去活性。

　　2

　　對ITO玻璃進行蝕刻，製備所需要的陽極圖形

　　作用：線路成型。

　　蝕刻分為幹蝕刻與溼蝕刻，其區別如下：

　　幹蝕刻：利用不易被物理、化學作用破壞的物質光阻來阻擋不欲去除的部分，利用電漿的離子轟擊效應和化學反應去掉想去除的部分，從而將所需要的線路圖形留在玻璃基板上。幹蝕刻等向性蝕刻與異向性蝕刻同時存在。

　　溼蝕刻：利用化學藥液將需要蝕刻掉的物質蝕刻掉。溼蝕刻為等向性蝕刻。溼蝕刻機臺便宜，蝕刻速度快，但難以精確控制線寬和 獲得極其精細的圖形並且需要大量用水，汙染大 ；幹蝕刻機臺價格昂貴，蝕刻速度速度慢，但可以精確控制線寬能獲得極其精細的圖形，而且 不需要用水，汙染小。

　　3

　　進行圖案化後的清洗工作

　　因為器件功能層厚度僅為幾十納米，粒徑為微米級的灰塵或異物會造成有機材料無法形成連續薄膜並且影響薄膜表面的平整性，造成器件短路或者擊穿：另外，ITO表面一些無機或有機沾染物會影響有機材料在ITO表面的附著性，降低器件性能。所以，OLED器件對TO表面的潔淨程度要求很高。

　　基片清洗的方法有很多，如化學清洗法、超聲波清洗法、真空烘烤法和離子擊法等。將基片放入含有5％左右洗滌劑的去離子水溶液中，加熱至40℃，在70Hz頻率下超聲波振蕩15min，再用40°C去離子水在超聲清洗基片15min，然後在常溫相同頻率下用丙超聲振蕩基片15min，最後在常溫相同頻率下用異丙醇超聲振蕩基片15min。

　　把經過超聲處理後的ITO玻璃從異丙醇中拿出用N2吹乾待用。同時，為了提高ITO陽極的功函數，通常把吹乾待用的基片放入紫外烘箱中進行紫外光照射處理或進行等離子體轟擊處理，在真空情況下送到蒸鍍設備進行器件製備。

　　4

　　然後把處理好的ITO玻璃村底放入真空蒸鍍腔中

　　當真空度達到3×10-4Pa以下時開始蒸鍍各個有機半導體功能層，最後在有機層的上面蒸鍍金屬陰極。在有機材料的蒸鍍過程中，當有機材料從蒸發源中被加熱蒸發出來之後，有機材料分子或金屬原子將以一定的初速度脫離材料表面向外飛散，如果這些分子或原子在飛散過程中遇上其他分子，這些被蒸發出來的分子將可能被散射；如果沒有碰到氣體分子，則一部分被蒸發出的分子將從材料表面勻速直線運動到基板表面，並沉積下來形成一層緻密薄膜，薄膜的厚度分布與束源和樣品的相對位置及發散角等因素有關。

　　一般而言，有機小分子在ITO導電玻璃上是均勻層狀生長的，而且形成的是無定形薄膜，但是也有島狀生長和類似於傳統的分子東外延生長中的準分子束外延生長的有序有機薄膜。

　　在薄膜的澱積過程中，控制厚度均勻的薄膜和恆定的蒸發速率是非常重要的，通常有機分子的蒸發速率控制在一定範圍，如果沉積速率太快，沉積上去的有機分子還來不及通過熱振動弛豫能量，便被隨後沉積上去的分子覆蓋，這樣很容易導致分子排列出現缺陷，使薄膜很容易產生針孔現象，因此需要優化設計好蒸鍍源的形狀、尺寸和與樣品之間的距離。

　　事實上，真空蒸發是在一定壓強的殘餘氣體中進行的。真空室內存在兩種粒子，種是蒸發物質的原子或分子，另外一種是殘餘氣體分子。這些殘餘氣體分子會對薄膜形成過程乃至薄膜性質產生影響。

　　ITO表面之原子力顯微鏡照片

　　如果真空度過低，殘餘氣體分子的量很大，真空蒸發物質原子或分子將與大量空氣分子碰撞，會使膜層受到嚴重汙染，甚至被氧化燒毀。如果此時沉積的是金屬薄膜，那麼這層金屬薄膜往往沒有金屬光澤，表面粗糙，薄膜不均勻不連續。

　　因此要獲得高純度的薄膜，必須要求殘餘氣體分子很少，宏觀上表現為真空腔室的背景壓強非常低（高真空度）為了保證現質量，當發源到基片的距離為25m時，壓強則需低於3x10-3Pa，因此，在實際實驗中蒸各功能層時，體壓強均保在在真空蒸鏡過程中，蒸發速率和薄膜厚度是最重要的兩個參數。蒸發速率除與蒸發物質的分子量、絕對溫度和蒸發物質在溫度了時的飽和蒸氣壓有關外，還與材料自身的表面清潔度有關。蒸發源溫度變化對蒸發速率影響極大，下方公式描述了蒸發速率G隨溫度了的變化關係：

　　其中，B為常數。對於金屬而言，B/T值通常在20～30，即：

　　因此，在進行真空蒸發時，蒸鍛源溫度的微小變化即可引起蒸發速率發生很大變化。因而在沉積薄膜過程中，必須精確控制蒸發源溫度，以控制合適的蒸發速率，同時加熱過程中應避免過大溫度梯度的產生。實驗室常用的通過真空蒸製備OLED的蒸鍍系統設備如下圖所示。

　　真空蒸鍍系統，來源：OLED顯示技術導論，於軍勝

　　（備註：1、儀器控制臺，2、傳送杆，3、O2儲氣罐，4、離子轟擊室，5/8/10、擋板閥，6、有機薄膜蒸鍍腔，7、渦輪分子泵，9、金屬薄膜蒸鍍腔，11、器件封裝室，12、膜厚動態監測儀，13，機械泵）

　　蒸鍍設備

　　1為儀器控制臺，由真空顯示臺、溫控電源、樣品架升降電源、機械泵電源，分子泵電源、離子菱擊電源、金屬蒸發源、快門控制電源組成，主要功能是在整個器件制各過程中顯示和調控蒸發速度與蒸發溫度等參數；

　　2是傳送杆。

　　4室為離子轟擊室，主要功能是對ITO玻璃基片進行O2離子菱擊，完成預處理；

　　6室為有機薄膜蒸腔，配備渦輪分子泵7作為主泵、機械泵1、機械泵3作為分子泵前級，主要功能是在高真空條件下將有機小分子材料蒸被到ITO基片上；

　　9室為金屬薄膜蒸鈹腔，主要功能是將金屬蒸到有機功能層上，形成金屬或合金電極；

　　11室為器件封裝室，在充滿高純N2的環境下對器件進行封裝。

　　12是膜厚動態監控儀。

　　13是機械泵。

　　

　　5

　　金屬電極的真空蒸鍍工藝

　　金屬電極仍要在真空腔中進行蒸鍍。金屬電極通常使用低功函數的活潑金屬，因此在有機材料薄膜蒸鍍完成後進行蒸鍍。常用的金屬電極有Mg/Ag、 Mg:Ag/Ag、Li/Al、LiF /Al等。用於金屬電極蒸鍍的舟通常採用鉬、鉭和鎢等材料製作，以便用於不同的金屬電極蒸鍍（主要是防止舟金屬與蒸鍍金屬起化學反應）。 金屬電極材料的蒸發一般用加熱電流來表示，在我們的真空蒸鍍設備上進行蒸鍍實驗，實驗結果表明，金屬電極材料的蒸發加熱電流一般在70A～100A 之間（個別金屬要超過100A）、ITO樣品基底溫度在80℃左右、蒸發速度在5晶振點～50晶振點/秒（即約0.5nm～5nm/S）、蒸發腔的真空度 在7×10-4Pa～5×10-4Pa時蒸鍍的效果較佳。

　　6

　　器件封裝工藝

　　OLED器件的有機薄膜及金屬薄膜遇水和空氣後會立即氧化，使器件性能迅速下降，因此在封裝前決不能與空氣和水接觸。因此，OLED的封裝工藝一定 要在無水無氧的、通有惰性氣體（如氬氣）的手套箱中進行。封裝材料包括粘合劑和覆蓋材料。粘合劑使用紫外固化環氧固化劑，覆蓋材料則採用玻璃封蓋，在封蓋內加裝乾燥劑來吸附殘留的水分。下圖為由於水分入侵造成有機層的破壞。

　　吸水材料

　　一般OLED的生命周期易受周圍水氣與氧氣所影響而降低。水氣來源主要分為兩種：一是經由外在環境滲透進入元件內，另一種是在OLED工藝中被每一層物質所吸收的水氣。為了減少水氣進入元件或排除由工藝中所吸附的水氣，一般最常使用的物質為吸水材(Desiccant)。Desiccant可以利用化學吸附或物理吸附的方式捕捉自由移動的水分子，以達到去除元件內水氣的目的。

　　工藝及設備開發

　　封裝工藝的傳統流程如下圖所示，為了將Desiccant置於蓋板及順利將蓋板與基板黏合，需在真空環境或將腔體充入不活潑氣體下進行，例如氮氣。值得注意的是，如何讓蓋板與基板這兩部分工藝銜接更有效率、減少封裝工藝成本以及減少封裝時間以達最佳量產速率，已儼然成為封裝工藝及設備技術發展的主要目標之一。

　　傳統OLED封裝流程

　　7

　　附：mura的常見種類、檢測以及常見鑑本及解決方法

　　任何顏色，明暗不均的現象都稱為Mura

　　Mura產生的原因包括

　　製程異常，膜厚差異，CD變異，Pattern偏移，異物等